[Rust] Lifetime of associated types パターンについて

これは何？

Rustを使っていると、参照を取得し参照を返す関数を生やしたくなることは多いです。このような目的で存在するAsRef traitの定義は以下のようになっています。

pub trait AsRef<T> 
where
    T: ?Sized, 
{
    fn as_ref(&self) -> &T;
}

ここで、as_ref()関数は&'a Selfをとり&'a Tを返す関数です。

ここで、戻り値の型を一般化し&'a TではなくS<'a, T>を返したいことがよくあります。例えばOption::as_refは以下のようになっています。

pub const fn as_ref(&self) -> Option<&T> {
    match *self {
        Some(ref x) => Some(x),
        None => None,
    }
}

このas_ref()関数はOption型に直接実装された関数です。すなわちOption型はAsRef trait を実装していません。なぜならば、シグニチャが明らかに異なるからです。

• AsRef::as_ref の場合、&'a Self から &'a T
• Option::as_refの場合、&'a Option<T> から Option<&'a T>

では、Option::as_refのような、ライフタイムパラメータ'aを持つような任意の型を返す関数を含むtraitを定義する方法はあるのでしょうか。

Generic Associated Types を使う方法

このような問題を扱う方法として、generic associated types(GAT)を使う方法があります。

#![feature(generic_associated_types)]

trait GetItemRef {
    type Item<'a>
    where
        Self: 'a;

    fn get_item_ref<'a>(&'a self) -> Self::Item<'a>;
}

struct S<T>(T);
struct S2<'a, T>(&'a T);

impl<T> GetItemRef for S<T> {
    type Item<'a>
    where
        Self: 'a,
    = S2<'a, T>;
    fn get_item_ref<'a>(&'a self) -> Self::Item<'a> {
        S2(&self.0)
    }
}

しかし、unstable featureを使うためnightly版のコンパイルでしかコンパイルできないという問題があります。

HKT traitを用いる方法

Rustのtrait機能を使うことにより、高階型を(制限はあるが)使えることが知られています。これを用いると実装は以下のようになります。

trait HKT<A> {
    type MA;
}
impl<'a, B, T: 'a> HKT<T> for &'a B {
    type MA = S2<'a, T>;
}

trait GetItemRef<Item>: HKT<Item> {
    fn get_item_ref(self) -> Self::MA;
}

struct S<T>(T);
struct S2<'a, T>(&'a T);

impl<'a, T> GetItemRef<T> for &'a S<T> {
    fn get_item_ref(self) -> Self::MA {
        S2(&self.0)
    }
}